Röntgenlicht zeigt „Kamine“ in der Milchstraße

21. März 2019

Materie und Energie, die aus dem Zentrum einer Galaxie abfließen, gelten als wichtige Akteure bei der Entstehung und Entwicklung von Galaxien und anderen Strukturen im Universum. Astronomen unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik haben nun eine ausgedehnte Röntgenkarte des zentralen Bereichs der Milchstraße erstellt, mit deren Hilfe sie einen breiten Kanal aus Gas entdeckten, der das Zentrum der Milchstraße mit Strukturen viel weiter außen verbindet.

Unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, ist eine eher ruhige Galaxie; gigantische Energieausbrüche aus dem galaktischen Zentrum sind selten. Dennoch haben Astronomen in der Nähe des Zentrums, das durch die Radioquelle Sagittarius A* gekennzeichnet ist, bipolare Ausbuchtungen, sog. Flügel oder „Lobes“, gefunden, die sowohl in im Radio- als auch Röntgenlicht zu sehen sind. Diese Flügel zeigen Ausflüsse aus dem galaktischen Zentrum bis zu Entfernungen von etwa 50 Lichtjahren (15 Parsec) an. Viel weiter entfernt haben Gammastrahlenbeobachtungen die sogenannten "Fermi-Blasen" anhand der Strahlung von relativistisch bewegten Teilchen identifiziert; in der Vergangenheit muss unsere Galaxie also eine Episode erlebt haben, in der große Mengen an Energie freigesetzt wurden.

Dieses Falschfarbenbild zeigt die Röntgenemission aus der zentralen Region (300 x 500 Parsec) der Milchstraße. Die Farben sind ein Maß dafür, wie energiereich die Röntgenstrahlung ist. Nördlich und südlich der galaktischen Ebene kann man deutlich kohärente, langgezogene Strukturen erkennen, die sogenannten „Kamine“, die eine Verbindung darstellen zwischen der inneren Region um das supermasereiche Schwarze Loch im Zentrum (weiße Region in der Mitte) mit den Fermi-Blasen viel weiter außen. Punktquellen und sehr helle Bereiche wurden aus dem Bild entfernt.

Ein internationales Team unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) hat nun auf Skalen zwischen diesen bereits bekannten Strukturen zwei markante Röntgenstrukturen entdeckt, die die Region des galaktischen Zentrums mit den Fermi-Blasen zu verbinden scheinen. "Vor ein paar Jahren entdeckten wir mit Hilfe von Röntgenbeobachtungen, dass sich direkt über dem galaktischen Zentrum eine überdichte Region aus heißem Plasma befindet, ein verblüffendes Ergebnis. Deshalb haben wir nun eine signifikant größere Region mit dem europäischen Röntgensatelliten XMM-Newton gescannt,“ erklärt Gabriele Ponti, Hauptautor der jetzt in Nature veröffentlichten Arbeit. „Mit unseren neuen Beobachtungen konnten wir die Existenz dieses heißen Plasmas nicht nur eindeutig bestätigen sondern auch seine Morphologie vermessen. Wir entdeckten so zwei im Röntgenbereich strahlende Strukturen, die sich nördlich und südlich des galaktischen Zentrums über hunderte von Parsec erstrecken.“

Beobachtungen mit dem Röntgensatelliten ROSAT sowie Radiobeobachtungen im nördlichen Bereich haben bereits angedeutet, dass es hier eine Verbindung geben könnte", erklärt und vermessen, sondern im Prinzip das Gleiche am Südhimmel finden. Dies ist ein deutlicher Hinweis darauf, dass beide Strukturen einen gemeinsamen Ursprung haben."

Wahrscheinlich bestehen diese "Kamine" aus Gas, dass in einem schnellen und kalten Strom senkrecht zur galaktischen Ebene ausgestoßen wird. Dieser Abfluss könnte entweder von Sternen stammen, die durch das massereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie zerrissen werden, oder von Supernova-Explosionen im zentralen Sternhaufen. Derartige episodische Ereignisse könnten quasi kontinuierlich Energie und Masse aus dem Zentrum blasen, die dann weiter bis zu den Fermi-Blasen transportiert werden.

"Die Kamine sind etwa zylindrisch geformt und in vertikaler Richtung scharf abgegrenzt; höchstwahrscheinlich werden sie durch einen magnetischen Druck eingedämmt", führt Florian Hofmann, MPE, aus. "Die beiden Kamine sind nicht streng symmetrisch, was höchstwahrscheinlich auf das lokale "galaktische Wetter" zurückzuführen ist, eine Interaktion mit lokalen Wolken des interstellaren Mediums."
 

Diese schematische Darstellung zeigt die Größenskalen und die Verbindung zwischen den neu gefundenen Kaminen und den bereits bekannten Fermi-Blasen bzw. den Röntgenflügeln im Zentrum (orange dargestellt im Bild rechts).

„Auf den größten Skalen in der Milchstraße erinnern die Fermi-Blasen an Strukturen, die durch sehr energiereiche Ausflüsse von den supermassereichen Schwarzen Löchern in Galaxienhaufen gebildet werden – das Aussehen der Kamine lässt aber auch die Möglichkeit offen, dass weniger energiereiche Prozesse eine Rolle spielen,“ fügt Eugene Churazov vom Max-Planck-Institut für Astrophysik hinzu.

Auch wenn dies die umfangreichste Röntgenkarte des zentralen Bereichs der Milchstraße ist, stützen die Röntgendaten nicht direkt die Annahme, dass diese Kamine tatsächlich eine Fortsetzung der inneren Flügel sind. Letztere könnte auch einfach den letzten Energieausbruch darstellen, oder es könnte sich um zwei verschachtelte Abflüsse handeln. Dennoch werfen diese Kamine und ihre beobachteten Eigenschaften ein neues Licht darauf, wie die Aktivität im Kern der Milchstraße mit makroskopischen Strukturen auf galaktischer Ebene zusammenhängt, und wie sie wahrscheinlich sogar die Entstehung und Entwicklung der Milchstraße selbst beeinflussen. Sie geben damit sogar Aufschluss über die Physik der Abflüsse und ihre Auswirkungen auf Galaxien im Allgemeinen.

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